DE3800536A1

DE3800536A1 - METHOD FOR PRODUCING CERAMIC SILICON NITRIDE OBJECTS

Info

Publication number: DE3800536A1
Application number: DE3800536A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Iwasaki; Masaaki Masuda
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1987-01-12
Filing date: 1988-01-11
Publication date: 1988-07-28
Anticipated expiration: 2008-01-12
Also published as: DE3800536C2; US4834926A; JPS63303867A; DE3800536C3; JPH0511066B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Siliziumnitrid-Gegenständen, die bei Raumtemperatur eine hohe Festigkeit erreichen können. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung keramischer Siliziumnitrid-Gegenstände, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man gesinterte Siliziumnitrid-Produkte, die in einer bestimmten Form bearbeitet sind, in einer oxidierenden Atmosphäre auf einen Temperaturbereich von 550°C bis 900°C erhitzt.The present invention relates to a method for manufacturing of ceramic silicon nitride objects at room temperature can achieve high strength. In particular The invention relates to a method for producing ceramic Silicon nitride articles, characterized in that one sintered silicon nitride products in a certain Are machined in an oxidizing atmosphere on one Temperature range from 550 ° C to 900 ° C heated.

Nach herkömmlichen Verfahren wurden keramische Siliziumnitrid- Gegenstände dadurch hergestellt, daß man ein Si₃N₄-Pulver und ein Sinterhilfsmittel gemischt hat, das so erhaltene Gemisch gemahlen und geformt hat, die geformten Körper unter Bildung gesinterter Körper gebrannt hat, worauf anschließend (1) die gesinterten Körper maschinell bearbeitet, (2) diese nach der maschinellen Bearbeitung kristallisiert oder (3) die gesinterten Körper kristallisiert und dann maschinell bearbeitet wurden. In einem solchen Fall soll die Kristallisationsbehandlung die Festigkeit bei hohen Temperaturen steigern und bewirken, daß eine Glasphase in den gesinterten Si₃N₄-Körpern in eine kristalline Phase umgewandelt wird.Ceramic silicon nitride Articles manufactured by using a Si₃N₄ powder and Sintering aid has mixed, the mixture thus obtained ground and has molded the molded body to form sintered Body has burned, whereupon (1) the sintered body machined, (2) this after machining crystallized or (3) the sintered body crystallized and then machined. In such a case, the Crystallization treatment the strength at high temperatures increase and cause a glass phase in the sintered Si₃N₄ bodies is converted into a crystalline phase.

Das oben erwähnte Verfahren (1), bei dem nur die maschinelle Bearbeitung durchgeführt wird, hat jedoch den Nachteil, daß Bear beitungskratzer und -risse auf den Oberflächen der keramischen Siliziumnitrid-Gegenstände verbleiben und die Festigkeit bei Raumtemperatur verringern. Um diesem Mangel abzuhelfen werden nach der Beschreibung der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 60-81,076 die Kratzer und Risse, die nach dem Sintern auf den Oberflächen der gesinterten Körper durch maschinelle Bearbeitung gebildet wurden, durch Erhitzen der Körper auf einen Temperaturbereich von 950 bis 1400°C entfernt. Es kommt jedoch vor, daß bei den Körpern Farb- und/oder Dimensionsänderungen auftreten, die zu einer Verschlechterung der Eigenschaften führen. Bei dem Ver fahren (2), bei dem die Kristallisation nach der maschinellen Bear beitung erfolgt, ergibt sich der Nachteil, daß - obgleich keine Verringerung der Biegungsfestigkeit bei Raumtemperatur beobachtet wird - das Verfahren nicht auf Produkte hoher Dimensionsgenauigkeit angewendet werden kann, weil eine Dimension nach der Kristallisations behandlung etwas kleiner wird. Andererseits hat das Verfahren (3), bei dem die maschinelle Bearbeitung nach der Kristallisation erfolgt, den Nachteil, daß - obgleich dieses Verfahren bei Produkten hoher Dimensionsgenauigkeit angewendet werden kann - Bearbeitungskratzer oder -risse auf den Produktoberflächen verbleiben und die Festigkeit bei Raumtemperatur herabsetzen.The above-mentioned method (1), in which only the mechanical Processing is carried out, however, has the disadvantage that Bear processing scratches and cracks on the surfaces of the ceramic Silicon nitride objects remain and the strength is added Reduce room temperature. To remedy this shortcoming after the description of Japanese Patent Laid-Open No. 60-81,076 the scratches and cracks that appear after sintering on the surfaces the sintered body is formed by machining were made by heating the body to a temperature range from 950 to 1400 ° C. However, it happens that at body color and / or dimensional changes occur that lead to deterioration in properties. When ver drive (2), in which the crystallization after the mechanical Bear processing takes place, there is the disadvantage that - although none Reduction in flexural strength observed at room temperature the process is not based on products of high dimensional accuracy can be applied because of a dimension after crystallization treatment gets a little smaller. On the other hand, the procedure (3) in which the machining after the crystallization takes place, the disadvantage that - although this method for products high dimensional accuracy can be applied - machining scratches or cracks remain on the product surfaces and reduce the strength at room temperature.

In den Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 52-30,811, 58-79,885 und 61-178,472 wird über Versuche berichtet, die Festigkeit durch Erhitzen der gesinterten Siliziumnitrid-Körper auf einen Temperaturbereich von 500 bis 1100°C zu verbessern; diese Patentanmeldungen sind jedoch nur auf Sinterkörper gerichtet, die keiner maschinellen Bearbeitung unterzogen wurden. Diese Anmeldun gen geben keine Untersuchungen an Sinterkörpern an, die wie bei der vorliegenden Erfindung einer maschinellen Bearbeitung unter zogen wurden.In Japanese Patent Laid-Open Nos. 52-30,811, 58-79,885 and 61-178,472 reports of attempts at strength by heating the sintered silicon nitride body improve a temperature range of 500 to 1100 ° C; these However, patent applications are only directed to sintered bodies that have not been machined. This registration gen do not indicate investigations on sintered bodies, which as in of the present invention were pulled.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Mängel zu beseitigen und ein Verfahren zur Herstellung keramischer Siliziumnitrid-Gegenstände zu schaffen, das die Herab setzung der Festigkeit bei Raumtemperatur und ferner die Farbänderung und Dimensionsänderung verhindert.It is the object of the present invention, the above mentioned Eliminate defects and a manufacturing process to create ceramic silicon nitride objects that the down setting the strength at room temperature and also the color change and prevents dimensional changes.

Das Verfahren zur Herstellung keramischer Siliziumnitrid- Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung umfaßt die Stufen der Herstellung eines Siliziumnitrid-Pulvergemisches, das ein Sinter hilfsmittel enthält, der Formgebung des Pulvergemisches, der Sinterung des so geformten Körpers, der maschinellen Bearbeitung des gesinterten Körpers zu einer bestimmten Form und dann Erhitzung des maschinell bearbeiteten Produkts in einer oxidierenden Atmosphäre in einem Temperaturbereich von 550 bis 900°C.The process for producing ceramic silicon nitride Articles according to the present invention include the stages of Production of a silicon nitride powder mixture, which is a sinter contains tools, the shaping of the powder mixture, the sintering of the body thus shaped, the machining of the sintered body to a certain shape and then heating of the machined product in an oxidizing atmosphere in a temperature range from 550 to 900 ° C.

Ferner umfaßt das Verfahren zur Herstellung keramischer Siliziumnitrid-Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung alternativ die Stufen der Herstellung eines Siliziumnitrid-Pulvergemisches, das ein Sinterhilfsmittel enthält, der Formgebung des Pulvergemisches, der Sinterung des geformten Körpers, der Erhitzung des gesinterten Körpers auf einen Temperaturbereich von 950 bis 1400°C, um eine Si₃N₄-Korngrenzenphase zu kristallisieren, der Bearbeitung des so kristallisierten Produkts zu einer bestimmten Form und dann der Erhitzung des bearbeiteten Produkts in einer oxidierenden Atmosphäre in einem Temperaturbereich von 550 bis 900°C.The process for producing ceramic also includes Silicon nitride articles according to the present invention alternatively the stages of producing a silicon nitride powder mixture, which contains a sintering aid, the shape of the Powder mixture, the sintering of the molded body, the heating of the sintered body to a temperature range of 950 to 1400 ° C to crystallize a Si₃N₄ grain boundary phase, processing the product so crystallized into one certain shape and then the heating of the processed product in an oxidizing atmosphere in a temperature range of 550 to 900 ° C.

Durch die oben erwähnten Stufen wird der Oberflächenteil des in einer bestimmten Form maschinell bearbeiteten Körpers während der Erhitzung auf einen Temperaturbereich von 550 bis 900°C in einer oxidierenden Atmosphäre oxidiert, wodurch die Bearbeitungs kratzer und -risse entfernt werden. Da der Oxidationsgrad in einem Temperaturbereich von 550 bis 900°C gering ist, werden die Eigen schaften des gesinterten Körpers nicht zerstört.Through the above-mentioned steps, the surface part of the machined body during a certain shape heating to a temperature range of 550 to 900 ° C in an oxidizing atmosphere, oxidizing the machining scratches and cracks are removed. Since the degree of oxidation in one Temperature range from 550 to 900 ° C is low, the own of the sintered body is not destroyed.

In zweiter Hinsicht der Erfindung wird eine kristallisierte Korngrenzenphase des Sinterkörpers durch Oxidation volumenmäßig dadurch ausgedehnt, daß man der Kristallisation den gesinterten Körper maschinell bearbeitet und dann auf einen Temperatur bereich von 550 bis 900°C erhitzt, so daß auf den Oberflächen teil des maschinell bearbeiteten Sinterkörpers eine Kompressions spannung einwirkt, um die Einflüsse der Bearbeitungskratzer und -risse zu beseitigen. Nach der vorliegenden Erfindung kann die Herabsetzung der Festigkeit der Siliziumnitrid-Sinterkörper bei Raumtemperatur durch einen oder beide Oxidationsvorgänge in Ober flächennähe, die die Eigenschaften der Sinterkörper nicht beeinträchtigen, und die Kompressionsspannung in Oberflächennähe verhindert werden.In the second aspect of the invention, one is crystallized Grain boundary phase of the sintered body by volume by oxidation by expanding the crystallization of the sintered Body machined and then heated to a temperature heated from 550 to 900 ° C, so that on the surfaces part of the machined sintered body a compression acts on the influences of machining scratches and - eliminate cracks. According to the present invention, the Reduction in the strength of the silicon nitride sintered body Room temperature through one or both oxidation processes in Ober close to the surface, which do not impair the properties of the sintered body, and prevents the compression stress near the surface will.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der vorliegenden Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung. Dabei sind gewisse Änderungen, Modifizierungen und Abweichungen durch den Fachmann möglich, auf die sich die vorliegende Erfindung erstreckt, ohne von ihrem Wesen oder dem Umfang der Ansprüche abzuweichen.These and other objects, features and advantages of the invention result from reading the present description of the Invention in connection with the drawing. There are certain Changes, modifications and deviations by the specialist possible to which the present invention extends without to deviate from their nature or the scope of the claims.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen. Die einzige Figur ist ein Fließdiagramm, das die Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung keramischer Siliziumnitrid-Gegenstände zeigt.For a better understanding of the invention, reference is now made to the Drawing reference. The only figure is a flow chart, that the stages of the method of manufacture according to the invention shows ceramic silicon nitride objects.

Da die Vierpunkt-Biegungsfestigkeit des Sinterkörpers nach JIS R 1601 gemessen werden soll, wird die Oberflächenrauhigkeit R _max der Sinterkörper nach der maschinellen Bearbeitung gewöhn lich auf 0,8 µm (0,8 S) oder weniger fertigbearbeitet. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich wirksam auf die so oberflächen fertigbearbeiteten Sinterkörper. Ferner ist besonders darauf hinzuweisen, daß sogar Sinterkörper mit einer Oberflächenrauhigkeit R _max von mehr als 0,8 µm durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung auf die gleiche Festigkeit kommen wie die Sinterkörper mit der fertigbearbeiteten Oberflächenrauhigkeit R _max von nicht mehr als 0,8 µm.Since the four-point bending strength of the sintered body is to be measured in accordance with JIS R 1601, the surface roughness R _{max of} the sintered body is usually finished after machining to 0.8 µm (0.8 S) or less. The present invention effectively extends to the finished sintered body thus finished. Furthermore, it should be particularly pointed out that even sintered bodies with a surface roughness R _max of more than 0.8 μm have the same strength as a result of the heat treatment according to the invention as the sintered bodies with the finished surface roughness R _max of not more than 0.8 μm.

Der Grund, weshalb die Erhitzungstemperatur auf einen Temperaturbereich von 550 bis 900°C begrenzt ist, besteht darin, daß fast keine Oxidation eintritt, wenn die Erhitzungstemperatur niedriger als 550°C ist. Wenn sie höher als 900°C liegt, beginnt infolge von Oxidation die Farbänderung und/oder Dimensionsänderung, die zu verschlechterten Eigenschaften führen. Daher werden die Produkte geschädigt. Die Erhitzungstemperatur liegt vorzugsweise in dem Temperaturbereich von 550 bis 800°C. Der Grund hierfür besteht darin, daß - da gesinterte Gegenstände mit einer geringeren Farbänderung und/oder Dimensionsänderung, die infolge Oxidation zu verschlechterten Eigenschaften führen können, in diesem Temperaturbereich erhalten werden - das erfindungsgemäße Verfahren leicht auf Produkte angewandt werden kann, die hohe Genauigkeit und hohe mechanische Leistungen erfordern, wie z. B. Motoren teile.The reason why the heating temperature is within a temperature range is limited from 550 to 900 ° C, consists in that almost no oxidation occurs when the heating temperature is lower than 550 ° C. If it is higher than 900 ° C, starts due to oxidation the color change and / or dimensional change, which lead to deteriorated properties. Therefore the products are damaged. The heating temperature is preferably in the temperature range from 550 to 800 ° C. The reason for that is that - since sintered objects with a lower Color change and / or dimensional change due to oxidation can lead to deteriorated properties in this Temperature range are obtained - the inventive method can be easily applied to products, the high accuracy and require high mechanical performances, such as. B. Motors parts.

In den Sinterkörpern ist vorzugsweise Magnesiumoxid als Sinter hilfsmittel enthalten. Der Grund ist der, daß eine Magnesiumoxid- Verbindung die Verdichtung des Siliziumnitrids begünstigt und die Phasentransformation zu nadelartigen β-Siliziumnitrid-Kristallen beschleunigt, die für eine hohe Festigkeit von Vorteil sind. So ist der Einbau von Magnesiumoxid vorteilhaft für keramische Siliziumnitrid-Gegenstände hoher Festigkeit, deren Bildung durch die vorliegende Erfindung bezweckt wird. Magnesiumoxid ist vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 30 Gew.-% enthalten, berechnet als MgO. Ferner ist vorzugsweise Yttriumoxid in dem Sinterhilfsmittel enthalten. Der Grund besteht darin, daß Yttriumoxid in wirksamer Weise das Volumen der kristallisierten Korngrenzenphase durch Oxidation ausdehnt. Yttriumoxid ist vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-% enthalten, berechnet als Y₂O₃. In diesem Fall kann die kristallisierte Korngrenzenphase eine kristalline Phase enthalten, die sich durch Oxidation im Volumen ausdehnt. Außer Yttriumoxid kann ein Oxid irgendeiner anderen seltenen Erde eingesetzt werden, sofern es diese Wirkung erzielt. Die Korngrenzenphase ist vorzugsweise die H-Phase oder die J-Phase.Magnesium oxide is preferably contained in the sintered bodies as a sintering aid. The reason is that a magnesium oxide compound promotes the densification of silicon nitride and accelerates the phase transformation to needle-like β -silicon nitride crystals, which are advantageous for high strength. Thus, the incorporation of magnesium oxide is advantageous for high-strength ceramic silicon nitride articles, the formation of which is intended by the present invention. Magnesium oxide is preferably contained in an amount of 0.1 to 30% by weight, calculated as MgO. Furthermore, yttrium oxide is preferably contained in the sintering aid. The reason is that yttrium oxide effectively expands the volume of the crystallized grain boundary phase by oxidation. Yttrium oxide is preferably contained in an amount of 0.1 to 20 wt .-%, calculated as Y₂O₃. In this case the crystallized grain boundary phase can contain a crystalline phase which expands in volume by oxidation. In addition to yttrium oxide, an oxide of any other rare earth can be used if it achieves this effect. The grain boundary phase is preferably the H phase or the J phase.

Die Gründe, weshalb die Kristallisationstemperatur vor der maschinellen Bearbeitungsstufe auf einen Temperaturbereich von 950 bis 1400°C begrenzt ist, liegen darin, daß die Korngrenzenphase bei einer Kristallisationstemperatur von weniger als 950°C nicht kristallisiert, während sie oberhalb 1400°C glasig zu werden beginnt.The reasons why the crystallization temperature before machining stage to a temperature range of 950 to 1400 ° C is limited in that the grain boundary phase at a crystallization temperature of less than 950 ° C not crystallized while becoming glassy above 1400 ° C begins.

Fig. 1 ist ein Fließbild, das die Stufen des erfindungs gemäßen Verfahrens zur Herstellung keramischer Siliziumnitrid- Gegenstände zeigt. Zunächst werden die gegebenen Mengen pulver förmiges Siliziumnitrid und ein Sinterhilfsmittel gemischt und gemahlen, und das so gemahlene Gemisch wird in eine gewünschte Form gebracht. Der geformte Körper wird zur Entfernung eines Formungshilfsmittels kalziniert und zur Bildung eines gesinterten Körpers gebrannt. Nachdem der gesinterte Körper durch maschinelle Bearbeitung die gewünschte Form erhalten hat, wird er in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur in dem Bereich von 550 bis 900°C erhitzt. Alternativ kann der gesinterte Körper in einem Temperaturbereich von 950 bis 1400°C einer Kri stallisationsbehandlung unterzogen werden, durch maschinelle Bearbeitung in die gewünschte Form gebracht werden und dann in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur in dem Bereich von 550 bis 900°C erhitzt werden. Dadurch erhält man schließlich einen keramischen Siliziumnitrid-Gegenstand. Fig. 1 is a flowchart showing the steps of the inventive method for producing ceramic silicon nitride articles. First, the given amounts of powdered silicon nitride and a sintering aid are mixed and ground, and the mixture thus ground is brought into a desired shape. The molded body is calcined to remove a molding aid and fired to form a sintered body. After the sintered body has been machined to the desired shape, it is heated in an oxidizing atmosphere to a temperature in the range of 550 to 900 ° C. Alternatively, the sintered body may be subjected to a crystallization treatment in a temperature range of 950 to 1400 ° C, machined to the desired shape, and then heated to a temperature in the range of 550 to 900 ° C in an oxidizing atmosphere. This finally results in a ceramic silicon nitride object.

Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung im einzelnen erläutert. Diese Beispiele werden nur zur Darstellung der Erfindung angegeben und sollen nicht im Sinne einer Beschränkung des Erfindungsumfangs ausgelegt werden.The following are examples of the present invention explained in detail. These examples are for illustration only of the invention and are not intended to be limiting of the scope of the invention.

Example 1

Zu 90,5 Gew.-% pulverförmigem Siliziumnitrid wurden Sinter hilfsmittel des Sr, Mg und Ce in Mengen von 1 Gew.-%, 4 Gew.-% bzw. 4,5 Gew.-% zugesetzt, berechnet als SrO₂, MgO bzw. CeO₂. Das Gemisch wurde 10 Stunden in einer Schwingmühle gemischt und gemahlen und durch einen Sprühtrockner granuliert und getrocknet, wobei man ein Pulvergemisch erhielt. Das Pulver wurde dann unter einem Druck von 3 t/cm² isostatisch in eine Form von 60 × 60 × 6 mm gepreßt. Der geformte Körper wurde kalziniert und dann in einer Stickstoffatmosphäre 1 Stunde bei 1750°C gesintert. Der Sinterkörper wurde mit einem Diamant-Schleifstein geschnitten und zu 60 Biegungsprüfkörpern von 3 × 4 × 40 mm geschliffen. Eine Hälfte davon, d. h. 30 Prüfkörper wurden dann entsprechend der vorliegenden Erfindung 2 Stunden in Luft auf 800°C erhitzt. Die Vierpunkt- Biegungsfestigkeit der so erhaltenen Prüfkörper wurde nach JIS R 1601 bei Raumtemperatur gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. In Tabelle 1 bedeuten die Ver gleichsbeispiele die restlichen 30 Prüfkörper als herkömmliche Gegenstände ohne Wärmebehandlung nach der maschinellen Bearbeitung.Sinters were added to 90.5% by weight of powdered silicon nitride auxiliaries of Sr, Mg and Ce in amounts of 1% by weight, 4% by weight or 4.5 wt .-% added, calculated as SrO₂, MgO or CeO₂. The mixture was mixed in a rocking mill for 10 hours and ground and granulated and dried by a spray dryer, whereby a powder mixture was obtained. The powder was then under a pressure of 3 t / cm² isostatically in a shape of 60 × 60 × 6 mm pressed. The molded body was calcined and then in one Nitrogen atmosphere sintered at 1750 ° C for 1 hour. The sintered body was cut and cut with a diamond grindstone 60 bending specimens of 3 × 4 × 40 mm ground. A half of which, d. H. 30 specimens were then made according to the present Invention heated to 800 ° C in air for 2 hours. The four-point The flexural strength of the test specimens thus obtained was determined in accordance with JIS R 1601 measured at room temperature. The results are in the given in Table 1 below. In Table 1, the ver same examples the remaining 30 test specimens than conventional ones Items without heat treatment after machining.

Tabelle 1 Table 1

Aus den Ergebnissen in Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die der Wärmebehandlung unterworfenen Gegenstände der vorliegenden Erfindung eine höhere mittlere Biegungsfestigkeit bei Raumtemperatur und einen höheren Weibull-Modul bei kleineren Schwankungen aufweisen als die Vergleichsbeispiele, die keiner Wärmebehandlung unterworfen wurden. Ferner wurden die unter die vorliegende Erfindung fallenden Prüfkörper visuell beobachtet, und ihre Dimension wurde gemessen. Es wurde weder ein Farbwechsel noch eine Dimensionsänderung beobachtet.From the results in Table 1 it can be seen that the heat-treated articles of the present Invention a higher mean flexural strength at room temperature and a higher Weibull modulus with smaller fluctuations than the comparative examples, which have no heat treatment have been subjected. Furthermore, the under the present Invention-covered test specimens visually observed, and their Dimension was measured. There was no color change either observed a dimensional change.

Example 2

Zu 84 Gew.-% pulverförmigem Siliziumnitrid wurden Sinter hilfsmittel von Y, Mg und Ce in Mengen von 8 Gew.-%, 6 Gew.-% bzw. 2 Gew.-% zugesetzt, berechnet als Y₂O₃, MgO bzw. CeO₂. Es wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ein Siliziumnitrid- Sinterkörper hergestellt. Dann wurde der so erhaltene Sinterkörper 2 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre auf 1200°C erhitzt, um eine Korngrenzenphase zu kristallisieren. Der kristallisierte Sinterkörper wurde mit einem Diamant-Schleifstein geschnitten und zu 60 Biegungsprüfkörpern von 3 × 4 × 40 mm geschliffen. Eine Hälfte von den Körpern, d. h. 30 Prüfkörper wurden nach der vor liegenden Erfindung 5 Stunden in Luft auf 600°C erhitzt. Die Vierpunkt-Biegungsfestigkeit dieser Prüfkörper wurde bei Raum temperatur nach JIS R 1601 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. In Tabelle 2 bedeuten die Vergleichsbeispiele die restlichen 30 Prüfkörper als herkömmliche Beispiele, die der Kristallisationsbehandlung und der anschließenden maschinellen Bearbeitung, jedoch keiner Wärmebehandlung unterworfen wur den.84% by weight of powdered silicon nitride were sintered auxiliaries of Y, Mg and Ce in amounts of 8% by weight, 6% by weight or 2 wt .-% added, calculated as Y₂O₃, MgO or CeO₂. It a silicon nitride was Sintered body made. Then the sintered body thus obtained Heated to 1200 ° C for 2 hours in a nitrogen atmosphere, to crystallize a grain boundary phase. The crystallized Sintered body was cut with a diamond grindstone and ground to 60 bending specimens of 3 × 4 × 40 mm. A Half of the bodies, d. H. 30 specimens were made after the lying invention heated in air at 600 ° C for 5 hours. The Four point flexural strength of this specimen was at room temperature measured according to JIS R 1601. The results are in Table 2 indicated. In Table 2, the comparative examples mean the remaining 30 specimens as conventional examples that the crystallization treatment and the subsequent mechanical Machining, but not subjected to heat treatment the.

Tabelle 2 Table 2

Aus den Ergebnissen der Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Gegenstände, die gemäß der Erfindung der Wärmebehandlung unter worfen wurden, eine höhere mittlere Biegungsfestigkeit und einen höheren Weibull-Modul als die Vergleichsbeispiele hatten, die keiner Wärmebehandlung unterworfen wurden. Ferner wurden die unter die vorliegende Erfindung fallenden, erhaltenen Prüfkörper visuell geprüft, und ihre Dimensionen wurden gemessen. Es wurde weder eine Farbänderung noch eine Dimensionsänderung festgestellt.From the results of Table 2 it can be seen that the Articles according to the invention of heat treatment under a higher mean flexural strength and one had higher Weibull modulus than the comparative examples that have not been subjected to any heat treatment. Furthermore, the under the present invention, obtained test specimens visually checked, and their dimensions were measured. It didn't become one Color change another dimension change noted.

Example 3

Ein Sinterkörper wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, und es wurden Biegungsfestigkeitsprüfkörper und Dimen sionsänderungsprüfkörper von 5 × 5 × 10 mm in gleicher Weise maschinell bearbeitet. An den so erhaltenen Biegungsprüfkörpern und Di mensionsänderungsprüfkörpern wurden die mittlere Biegungsfestig keit, der Weibull-Modul und die Dimensionsänderung gemessen, und die Farbänderung wurde visuell beobachtet, wobei die Erhitzungs bedingungen in Luft variiert wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. Die Dimensionsänderung Δ d wurde durch die folgende Gleichung berechnet.A sintered body was produced in the same manner as in Example 2, and bending strength test pieces and dimensional change test pieces of 5 × 5 × 10 mm were machined in the same manner. The mean flexural strength, the Weibull modulus and the dimensional change were measured on the bend test specimens and dimensional change test specimens thus obtained, and the color change was observed visually, the heating conditions in air being varied. The results are shown in Table 3. The dimensional change Δ d was calculated by the following equation.

Tabelle 3 Table 3

Aus den Ergebnissen in Tabelle 3 ist ersichtlich, daß Bei spiele, bei denen gemäß der vorliegenden Erfindung die Wärmebe handlungstemperatur in dem Bereich von 550 bis 900°C lag, eine höhere mittlere Biegungsfestigkeit bei Raumtemperatur und einen höheren Weibull-Modul bei geringerer Dimensionsänderung und fehlender Farbänderung zeigten.From the results in Table 3 it can be seen that Bei games in which according to the present invention the heat processing temperature was in the range from 550 to 900 ° C, a higher mean flexural strength at room temperature and a higher Weibull modulus with less dimensional change and showed no color change.

Example 4

Zu 89,5 Gew.-% pulverförmigem Siliziumnitrid wurden 1 Gew.-% SrO₂, 4 Gew.-% MgO, 4 Gew.-% CeO₂ und 1,5 Gew.-% ZrO₂ zugesetzt. Ein Siliziumnitrid-Sinterkörper wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 erhalten.To 89.5% by weight of powdered silicon nitride, 1% by weight SrO₂, 4 wt .-% MgO, 4 wt .-% CeO₂ and 1.5 wt .-% ZrO₂ added. A silicon nitride sintered body was made in the same manner as obtained in Example 1.

Zur Untersuchung der Beziehung zwischen der Oberflächen rauhigkeit nach der Bearbeitung und der Erhitzungstemperatur wurden dann Prüfkörper in einer Form von 3 × 4 × 40 mm gemäß JIS R 1601 bearbeitet. Prüfkörper mit unterschiedlichen Oberflächen rauhigkeitswerten wurden durch Variation des Körnungsgrades der zur Fertigbearbeitung benutzten Diamant-Schleifsteine hergestellt. Die Erhitzungstemperatur wurde auf einen Temperaturbereich von 600 bis 900°C eingestellt. Nach JIS R 1601 wurde die Vierpunkt- Biegungsfestigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Obgleich dieser JIS-Punkt angibt, daß die Oberflächen rauhigkeit R _max eines Prüfkörpers nicht mehr als 0,8 µm betragen sollte, zeigte sich, daß eine Festigkeitsverringerung bei Prüf körpern mit mehr als 0,8 µm durch die erfindungsgemäße Wärmebe handlung selbst dann verhindert wurde, wenn die Beanspruchungs richtung senkrecht zu der Schleifrichtung war.Test specimens in a shape of 3 × 4 × 40 mm were then processed in accordance with JIS R 1601 to investigate the relationship between the surface roughness after the processing and the heating temperature. Test specimens with different surface roughness values were produced by varying the degree of grain of the diamond grindstones used for finishing. The heating temperature was set at a temperature range of 600 to 900 ° C. The four-point bending strength was measured in accordance with JIS R 1601. The results are shown in Table 4. Although this JIS point indicates that the surface roughness R _{max of} a test specimen should not be more than 0.8 μm, it was found that a reduction in strength in test specimens with more than 0.8 μm was prevented even then by the heat treatment according to the invention if the direction of stress was perpendicular to the grinding direction.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung deutlich wird, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung keramischer Siliziumnitrid-Gegenstände die Festigkeitsverminderung bei Raum temperatur dadurch verhindert werden, daß man die gesinterten Körper in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur in dem Bereich von 550°C bis 900°C erhitzt, nachdem man sie zu einer gewünschten Form maschinell bearbeitet hat oder nachdem man sie kristallisiert und dann zu einer gewünschten Form maschinell bearbeitet hat. Da die Erhitzungstemperatur ein niedriger Temperaturbereich von 550 bis 900°C ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich und nicht von einer Farbänderung oder Dimensionsänderung begleitet.As is clear from the above explanation, by the inventive method for producing ceramic Silicon nitride objects reduce the strength of space temperature can be prevented by having the sintered Body in an oxidizing atmosphere to a temperature in the range from 550 ° C to 900 ° C after being heated machined a desired shape or after one it crystallizes and then machined to a desired shape edited. Because the heating temperature is a low temperature range is from 550 to 900 ° C, is the invention Process economically and not from a color change or Accompanied dimensional change.

Tabelle 4 Table 4

Erhitzungstemperatur und Festigkeit Heating temperature and strength

Selbst wenn die Oberflächenrauhigkeit R _max zur Messung der Vierpunkt-Biegungsfestigkeit nicht auf einen Wert von nicht mehr als 0,8 µm eingestellt wird, kann durch die erfindungsgemäße Glüh behandlung die gleiche Wirkung erreicht werden. Da die gegenwärtig verwendeten Siliziumnitrid-Sintergegenstände komplizierte Formen haben, ist es darüber hinaus äußerst schwierig, sie auf der gesamten Oberfläche auf eine Rauhigkeit R _max von nicht mehr als 0,8 µm fertigzubearbeiten. Durch die Glühbehandlung nach der vorliegenden Erfindung kann jedoch die gleiche Festigkeit eines Prüfkörpers, wie sie in JIS R 1601 definiert ist, erreicht werden.Even if the surface roughness R _max for measuring the four-point bending strength is not set to a value of not more than 0.8 μm, the same effect can be achieved by the annealing treatment according to the invention. In addition, since the currently used silicon nitride sintered articles have complicated shapes, it is extremely difficult to finish them on the entire surface to a roughness R _max of not more than 0.8 µm. However, the same strength of a test specimen as defined in JIS R 1601 can be achieved by the annealing treatment according to the present invention.

Claims

1. A process for the production of ceramic silicon nitride articles, characterized in that a powder mixture of silicon nitride and a sintering aid is produced, the powder mixture is given a shape, the molded body is sintered, the sintered body is brought into a desired shape by machining and the machined sintered body is in heated in an oxidizing atmosphere to a temperature range of 550 ° C to 900 ° C.

2. Manufacturing method according to claim 1, characterized in that that the surface roughness of the sintered body after machining is not more than 0.8 µm.

3. Manufacturing method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the sintering aid contains magnesium oxide.

4. Manufacturing method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sintering aid yttrium oxide contains.

5. Process for the production of ceramic silicon nitride Objects, characterized in that a powder mixture Produces silicon nitride and a sintering aid, the powder mixture gives a shape, the molded body sinters, a Si₃N₄ grain limit phase by heating the sintered body to a temperature range crystallized from 950 ° C to 1400 ° C, the crystallized Sintered body by machining into a desired one Shape and the machined sintered body in an oxidizing atmosphere to a temperature range of Heated from 550 ° C to 900 ° C.

6. Manufacturing method according to claim 5, characterized in that the surface roughness of the sintered body after the machining is not more than 0.8 µm.

7. Manufacturing method according to claim 5 or 6, characterized characterized in that the sintering aid contains magnesium oxide.

8. Manufacturing method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the sintering aid yttrium oxide contains.